Амебные вирусы способны «раздражать»
Новые гигантские вирусы часто являются вирусами амебы – организма-хозяина, о котором многие вирусологи даже не думали. До недавнего времени эти вирусы были тоже совершенно неизвестны. Когда исследователи искали опасную бактерию (которая, как биопленка, покрывает изнутри водопроводные трубы; такие бактерии могут распространяться во время принятия душа и вызывать болезнь легионеров), они не заметили гигантские вирусы. В 2003 г. первые гигантские вирусы были описаны как амебные вирусы. В 2008 г. в Париже в воде из стояка водяного охлаждения были обнаружены новые гигантские вирусы. Их назвали , потому что они подражают бактериям (крируют) такого же размера! Не нужно их путать с «мини» – мелкими вирусами, поскольку все как раз наоборот. Из-за гигантских размеров их не принимали за вирусы. Гигантские вирусы – это «почти бактерии». Их можно увидеть в оптический микроскоп, что невозможно в отношении ранее обнаруженных вирусов. Вирусологи используют не оптические, а электронные микроскопы. Но гигантские вирусы не воспринимали как бактерии, поскольку они не выявлялись при стандартных для бактерий анализах – тестах на формирование «бляшек». Кроме того, они настолько тяжелые, что при работе с ними в лабораторных условиях уходили на дно чашки для культивирования и не были выявлены бактериологами.
Вскоре после открытия мимивирусов были обнаружены два других гигантских вируса: около побережья Чили и недалеко от Марселя. Все эти три гигантских вируса известны как амебные вирусы, состоящие из 1 млн пар оснований каждый, что соответствует примерно 1000 белкам. В настоящее время ученые постоянно выявляют новые гигантские вирусы. Генетический материал амебных вирусов отличается от всех известных геномов на Земле. Они очень крупные и с б?льшим количеством генов, чем представляется необходимым: гены самых мелких живых организмов, бактерий (), состоят примерно из 500 000 пар оснований, что примерно соответствует 482 генам или белкам. В начале 2016 г. Крейг Вентер получил первую полностью синтетическую независимо растущую клетку с 473 генами, превзойдя предыдущую попытку по минимализации «почти живого» синтетического организма (состоявшего из 382 генов), чтобы поместить в пустую клетку, которая служила вспомогательным материалом. Многие бактерии, например и или любая из 150 других видов бактерий, по размерам меньше амебных вирусов. Особенно это относится к бактериям, которые превратились во внутриклеточных паразитов и получают поддержку от инфицированной клетки-хозяина. Самая мелкая бактерия – , имеющая 145 000 пар оснований и кодирующая 169 белков. Она прячется в насекомых и защищается там от внешнего воздействия. Это вырожденные и специфические паразиты, которые делегируют свои функции клетке-хозяину. Митохондрии являются бывшими бактериями, и с хлоропластами в растительных клетках такая же история. Оба эти симбиотических организма высокоспециализированы и зависят от клетки-хозяина. По размеру они совершенно не соизмеримы с гигантскими вирусами.
Амебные вирусы захватывают новые гены путем горизонтального переноса генов из внутренней части амебы, где есть и другие бактерии и вирусы, которые амеба обычно поглощает и переваривает в качестве пищи. Существует свободно плавающая ДНК, которую гигантские вирусы включают в свой состав путем горизонтального переноса генов. А ДНК амебы они пренебрегают, и происходит это, вероятно, потому, что ДНК амебы локализуется внутри ядра и ее трудно «достать» из цитоплазмы. В общем геноме вирусов амебы 56% генов получено от эукариотов, 29% – от бактерий, 1% – от архей, 5% – от других вирусов и еще 10% – от неизвестных микроорганизмов. Подобная генетическая сложность указывает на то, что гигантские вирусы взаимодействуют с окружающей средой и претерпевают серьезные генные изменения. Один из гигантских вирусов, , содержит химерный РНК–ДНК-геном, который сам по себе очень необычен. Являются ли некоторые РНК остаточным продуктом эволюции к ДНК? Эти вирусы никак не вписываются в представление о вирусах.
Есть и еще один сюрприз. Гигантские вирусы содержат гены, необходимые для синтеза белков. Синтез белков считается самой важной привилегией живых клеток и совершенно недоступен для вирусов. Поэтому открытие гигантских вирусов, содержащих компоненты, необходимые для синтеза белка, полностью меняет наши сформировавшиеся ранее представления о мире вирусов. Эти вирусы не обладают всем комплектом компонентов для синтеза белков, и в этом смысле они дефектны, но даже если и так! Не остановились ли они на середине эволюционного пути превращения в живые микроорганизмы, например бактерии?
У некоторых мимивирусов есть странные «короны из волосков», с помощью которых они контактируют с клеткой-хозяином. Это настоящие волокна, состоящие из коллагена, в силу чего гигантские вирусы кажутся еще крупнее. Столь большие «удлинения» заставляют задуматься об их предназначении – для захвата или для защиты? Мимивирусы имеют икосаэдральную ядерную структуру, при этом длина ядра в поперечнике составляет 500 нм, а толщина волокна примерно 140 нм. Коллагеновые «волоски» напоминают нашу соединительную ткань (а не волосы). У вируса почти всегда есть молекулы поверхностного слоя, используемые для распознавания клетки-хозяина, связывания с ними и проникновения в такие специализированные клетки. Похоже, что при помощи этих «волосков» гигантские вирусы раздражают клетку-хозяина, чтобы проникнуть в нее. Видимо, на ранних этапах эволюции не существовало сложных рецепторов. Прикосновение к клетке-хозяину или ее раздражение – простой вариант по сравнению с высокоспециализированными стыковочными сайтами, с помощью которых ВИЧ обычно проникает в лимфоциты, имитируя лиганды рецепторов клетки-хозяина. Гигантские вирусы, похоже, ограничиваются лишь простым механическим раздражением клетки-хозяина.
В 2014 г. во влажных лесах Амазонки ученые открыли новый вирус (как будто это событие было специально приурочено к чемпионату мира по футболу). Он называется и тоже имеет длинные, торчащие во все стороны «волоски». Похоже, что в скором времени все это множество новых вирусов перестанет вызывать удивление. Клетки-хозяева, а именно клетки амебы, видимо, древние. Они поглощают другие вирусы, в частности вирусы герпеса, «одним глотком» и переваривают их. Чтобы их не съели, гигантские вирусы обманывают амебы, поскольку их можно захватить без того, чтобы съесть. Внутри амеб они перемещаются в вакуолях и сливаются с вакуолями мембран – это безопасное место, где гигантские вирусы могут даже реплицироваться. Репликация осуществляется в отдельной полости, на отдельной фабрике, не зависящей от клеточного ядра и предназначенной быть «фабрикой по производству вируса». По мере увеличения числа произведенных вирусов размер такой «фабрики» растет. Затем вирусное потомство секретируется вне пространства «фабрики».
В лабораторных условиях был проведен эксперимент по переносу гигантских вирусов из одного поколения амеб в другое в общей сложности 150 раз. После всех переносов гигантские вирусы существенно изменились – они лишись части генов. Кроме того, они лишились своих «волосков», наличие которых в условиях редукционной эволюции, видимо, не имело принципиального значения. Потеря гигантскими вирусами генов в чашке для культивирования была явлением поразительным. Этот вопрос будет рассматриваться в заключительной главе, поскольку потеря генов может привести к тому, что в вирусе их вообще не останется, если за счет достаточно богатой среды удовлетворяются минимальные потребности вируса. Моделирование эволюции в реакционных сосудах стало одним из наиболее предпочтительных экспериментов, проводимых в лабораторных условиях, хотя для его проведения требуется много терпения.
